多频天线阵列的制作方法

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种多频天线阵列。

背景技术：

随着第四代移动通信系统(4g)网络覆盖技术的发展和第五代移动通信系统(5g)时代的开启，在运营商网络规划网络覆盖实施网络覆盖实施中，需要一种既能对4g网络多制式兼容，又能满足5g网络制式覆盖的天线产品。针对以上需求，移动通信行业提出了多频融合天线的产品概念和形态，如4+4+8+8独立电调智能天线、2+2+8+8独立电调智能天线、2+2+2+8独立电调智能天线等。该类型产品实现一面天线满足从2g～5g所有制式和频率的覆盖功能，有效地解决了目前天面资源紧张、站点租金高昂、多制式天线安装施工量大等问题，成为4g～5g过渡时期内的重要产品形态。

为实现多频率多制式天线阵列设计在同一面天线内，必须采取多频阵列融合复用辐射口径的技术手段。在高低频融合阵列组阵的场景下，由于高、低频辐射单元彼此堆叠，并互为辐射边界，存在严重的互耦效应和阻抗偏离，严重影响了各自辐射单元的辐射性能，导致多频天线阵列的性能不佳。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种多频天线阵列，用以解决或者至少部分地解决现有技术多频天线阵列性能不佳的缺陷。

本发明实施例提供一种多频天线阵列，所述多频天线阵列中的每一行，包括多个高频辐射单元和多个低频辐射单元；相邻两行的轴线间距为d；

对于所述多频天线阵列中的任一行，相邻两个高频辐射单元的中心之间的距离为l；相邻两个低频辐射单元的中心之间的距离为n×l；任一低频辐射单元，位于与所述任一低频辐射单元相邻的两个高频辐射单元之间的连线的中点；

对于所述多频天线阵列中任意相邻的两行，第一行中的任一高频辐射单元，位于第二行中相邻的两个高频辐射单元之间的连线的中轴线上；第一行中的任一低频辐射单元，位于第二行中相邻的两个低频辐射单元之间的连线的中轴线上；

其中，l＝0.7～1.1λ1，d＝0.5～0.7λ1，λ1表示高频辐射单元的中心频率对应的波长；n为与高频辐射单元的中心频率与低频辐射单元的中心频率的比值的2倍最接近的整数。

优选地，从所述多频天线阵列的正面俯视，任一高频辐射单元与任一低频辐射单元的投影均不重叠。

优选地，所述低频辐射单元包括正交布置的两个偶极子；

对于任一所述偶极子，所述偶极子包括顶部、两个竖直巴伦和底座；

所述底座包括两个倾斜段和一个连接件；

所述倾斜段的上端与一所述竖直巴伦的下端连接；所述倾斜段的下端向所述低频辐射单元的外侧倾斜；所述两个倾斜段的下端通过所述连接件连接。

优选地，与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元的上方设置有辐射导向环；

所述辐射导向环的顶面，与所述低频辐射单元的顶面等高。

优选地，所述两个偶极子为第一偶极子和第二偶极子；

所述第一偶极子的连接件从上方绕过所述第二偶极子的连接件，使二者互不接触。

优选地，所述第一偶极子的连接件包括依次连接的第一水平段、第一连接段、第二水平段、第二连接段和第三水平段；

所述第二偶极子的连接件包括依次连接的第四水平段、第三连接段、第五水平段、第四连接段和第六水平段；

所述第二水平段高于所述第五水平段；所述第五水平段高于所述第四水平段；所述第一水平段、所述第三水平段和所述第六水平段，均与所述第四水平段等高。

优选地，所述第一水平段、所述第三水平段、所述第四水平段和所述第六水平段上，均设有向下的凸台。

优选地，多频天线阵列还包括反射底板；

每一所述凸台通过金属紧固件与所述反射底板连接。

优选地，与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元与所述反射底板之间，通过绝缘材料填充。

优选地，所述辐射导向环的外径为0.24～0.28λ1，所述辐射导向环的内径为0.12～0.18λ1。

本发明实施例提供的多频天线阵列，通过相邻两行高频辐射单元的错位分布，低频辐射单元位于相邻的高频辐射单元的中轴线上，能有效减小各频率之间的耦合效应，使多频天线阵列中各辐射单元间的影响明显降低，能显著提升多频天线阵列的性能指标。并且，能实现高低频的阵列融合、高低频阵列边界的空间复用，在天线阵列各频率增益不变的情况下，能大大减小天线辐射口径面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例提供的多频天线阵列的结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的多频天线阵列中低频辐射单元的结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的多频天线阵列的结构示意图；

图4为图3的局部示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服现有技术的上述问题，本发明实施例提供一种多频天线阵列，其发明构思是，通过将低频辐射单元设置于四个高频辐射单元的中心，有效减小阵列间的互耦效应和阻抗偏离，实现融合天线各频率阵列性能的提升。

图1为根据本发明实施例提供的多频天线阵列的结构示意图。如图1所示，该多频天线阵列包括：多频天线阵列中的每一行，包括多个高频辐射单元2和多个低频辐射单元1；相邻两行的轴线间距为d。

其中，d＝0.5～0.7λ1，λ1表示高频辐射单元2的中心频率对应的波长。

可以理解的是，多频天线阵列还包括反射底板3，多个相同的高频辐射单元2和多个相同的低频辐射单元1以一定的方式在反射底板3上排列组阵，形成多频天线阵列。

反射底板3，可以为金属反射底板。

高频辐射单元2和低频辐射单元1，均为双极化辐射单元，具体为半波振子。波长越长，半波振子越大。

具体地，可以将多频天线阵列中的每一行看作一个多频融合子阵列。

对于每一多频融合子阵列，该多频融合子阵列包括多个高频辐射单元2和多个低频辐射单元1。各高频辐射单元2的中心和各低频辐射单元1的中心位于同一条直线上，该直线为该多频融合子阵列的轴线，即该行的轴线。

轴线间距，指多频融合子阵列的轴线之间的距离。

高频辐射单元的中心频率，指高频辐射单元的工作频段中的中心频率。

高频辐射单元的工作频段，可以为1.7-2.7ghz。高频辐射单元的中心频率，约为2.2ghz。

对于多频天线阵列中的任一行，相邻两个高频辐射单元2的中心之间的距离为l；相邻两个低频辐射单元1的中心之间的距离为n×l；任一低频辐射单元1，位于与任一低频辐射单元1相邻的两个高频辐射单元2之间的连线的中点。

其中，l＝0.7～1.1λ1，λ1表示高频辐射单元2的中心频率对应的波长；n为与高频辐射单元2的中心频率与低频辐射单元1的中心频率的比值的2倍最接近的整数。

具体地，对于每一多频融合子阵列，该多频融合子阵列包括的多个高频辐射单元2形成直线阵。

该多频融合子阵列中，任意两个相邻两个高频辐射单元2的中心之间的距离均为l。

可以理解的是，辐射单元的尺寸大小与工作频率有关，因此，高频辐射单元的尺寸小于0.5λ1。

该多频融合子阵列中，低频辐射单元1设置于相邻的两个高频辐射单元2之间，该低频辐射单元1的中心为上述相邻的两个高频辐射单元2之间的连线的中点。

相邻的两个高频辐射单元之间的连线，指相邻的两个高频辐射单元的中心之间的连线。显然，该连线为该多频融合子阵列的轴线的一部分。

需要说明的是，并不是每两个相邻的两个高频辐射单元2之间都设置有低频辐射单元1。该多频融合子阵列中，相邻两个低频辐射单元1的中心之间的距离为l的n倍。

低频辐射单元的中心频率，指低频辐射单元的工作频段中的中心频率。

低频辐射单元的工作频段，可以为880-960mhz。低频辐射单元的中心频率，约为900mhz。

因此，高频辐射单元2的中心频率与低频辐射单元1的中心频率的比值约等于2.5，n的取值可以为5。

当n＝5时，每一多频融合子阵列中，相邻两个低频辐射单元1之间包括5个高频辐射单元2。

需要说明的是，由于根据实际情况，高、低频辐射单元的工作频段不同，因此n、d、l的取值可以根据实际情况确定，本发明实施例对此不作具体限制。

需要说明的是，由于高、低频辐射单元的工作频段不同，低频辐射单元1的尺寸大于高频辐射单元2的尺寸，因此，低频辐射单元的任一极化方向与高频辐射单元的任一极化方向之间的夹角为±45°。

对于多频天线阵列中任意相邻的两行，第一行中的任一高频辐射单元2，位于第二行中相邻的两个高频辐射单元2之间的连线的中轴线上；第一行中的任一低频辐射单元1，位于第二行中相邻的两个低频辐射单元1之间的连线的中轴线上。

具体地，对于相邻的两个多频融合子阵列，上述两个多频融合子阵列包括的各辐射单元2并不是对齐的，而是存在一定的错位。高频辐射单元2的错位位移为0.5l，低频辐射单元1的错位位移为0.5×n×l(例如n＝5时，为2.5l)。

可以理解的是，除了位于天线阵列边缘的行，任一行中的低频辐射单元1除了与该行中的两个高频辐射单元2相邻之外，与该行相邻的两行中也各有一个高频辐射单元2与该低频辐射单元1相邻。也就是说，除了位于天线阵列边缘的行，任一行中的低频辐射单元1与四个低频辐射单元1相邻；位于天线阵列边缘的行中的低频辐射单元1，与三个低频辐射单元1相邻。低频辐射单元1的振子臂通常为十字形，因此，四个与该低频辐射单元1相邻的高频辐射单元2，分别位于该低频辐射单元1的振子臂将空间分割成的四个部分。

本发明实施例通过相邻两行高频辐射单元的错位分布，低频辐射单元位于相邻的高频辐射单元的中轴线上，能有效减小各频率之间的耦合效应，使多频天线阵列中各辐射单元间的影响明显降低，能显著提升多频天线阵列的性能指标。并且，能实现高低频的阵列融合、高低频阵列边界的空间复用，在天线阵列各频率增益不变的情况下，能大大减小天线辐射口径面积。

基于上述各实施例的内容，从多频天线阵列的正面俯视，任一高频辐射单元与任一低频辐射单元的投影均不重叠。

具体地，从多频天线阵列的正面俯视，任一高频辐射单元与任一低频辐射单元在底面的投影均不重叠。

可以理解的是，任意两个高频辐射单元之间的距离大于高频辐射单元的尺寸，任意两个低频辐射单元之间的距离大于低频辐射单元的尺寸，因而任意两个高频辐射单元在底面的投影均不重叠，任意两个低频辐射单元在底面的投影均不重叠。

因此，本发明实施例通过的天线阵列，不存在高、低频辐射单元彼此堆叠的问题，因此能进一步减小耦效应和阻抗偏离。

本发明实施例通过将高、低频辐射单元设置为投影互不重叠，能进一步减小耦效应和阻抗偏离，从而能进一步提升多频天线阵列的性能指标。

图2为根据本发明实施例提供的多频天线阵列中低频辐射单元的结构示意图。基于上述各实施例的内容，如图2所示，低频辐射单元包括正交布置的两个偶极子。

具体地，两个相互独立的偶极子呈十字正交分布。

对于任一偶极子，偶极子包括顶部11、两个竖直巴伦12和底座13。

具体地，对于任一偶极子，该偶极子的顶部11包括两个半波振子臂和一个连接机构。

偶极子可以采用金属材料制成。

两个半波振子、两个竖直巴伦12和底座13可以为一体成型的。

两个半波振子臂均为直线。两个半波振子臂位于同一水平面，沿同一方向间隔设置，二者之间通过连接机构连接。连接结构所在的水平面，高于半波振子臂所在的水平面。

需要说明的是，两个偶极子中的四个半波振子臂位于同一水平面；两个偶极子中，一个偶极子的连接机构所在的水平面，高于另一个偶极子的连接机构所在的水平面，使得两个偶极子相互独立、不连接。

需要说明的是，两个偶极子中，一个偶极子的半波振子臂与另一个偶极子的半波振子臂垂直。

底座13包括两个倾斜段和一个连接件；倾斜段的上端与一竖直巴伦12的下端连接；倾斜段的下端向低频辐射单元的外侧倾斜；两个倾斜段的下端通过连接件连接。

具体地，底座13包括两个三角形折弯形状，折弯形状由一个倾斜段和连接件构成。

通过折弯空间距离，增加了振子巴伦的电长度，使竖直巴伦12与辐射单元底座13的电长度路径总和约为0.25λ0。

其中，λ0表示低频辐射单元的中心频率对应的波长。

可以理解的是，竖直巴伦12的长度小于0.25λ0。

通过折弯结构，可以在实际的振子巴伦的电长度保持0.25λ0的情况下，在一定程度上缩小了低频辐射单元的垂直高度。例如，可以将低频辐射单元的垂直高度降到0.18～0.2λ0，实现了在辐射单元垂直高度为0.18～0.2λ0的条件下实现了低频半波振子的设计，有效地降低了低频辐射单元高度。

倾斜段与竖直巴伦之间形成一定的角度，优选为钝角。

倾斜段与连接件之间形成一定的角度，优选为锐角。

本发明实施例通过在低频辐射单元的底座部分采用三角形折弯结构，能降低低频辐射单元的高度，一方面能实现低频辐射单元的小型化，有效减小天线阵列的厚度尺寸，实现贾珍天线的小型化，另一方面能减少高频辐射单元与天线罩之间的距离，减少天线罩对高频辐射单元的辐射性能的影响，能提升天线阵列的性能指标。

基于上述各实施例的内容，两个偶极子为第一偶极子和第二偶极子；第一偶极子的连接件从上方绕过第二偶极子的连接件，使二者互不接触。

具体地，第一偶极子的连接件可以包括向上拱起的折弯结构，以从上方绕过第二偶极子的连接件，使得两个偶极子的连接件存在空间高度上的错位，实现两个偶极子相互独立、不连接。

上述在空间高度上的错位的间隙可以为2～4mm。

本发明实施例通过第一偶极子的连接件从上方绕过第二偶极子的连接件，使二者互不接触，能保证低频辐射单元的辐射性能，从而能保证天线阵列的性能指标。

基于上述各实施例的内容，第一偶极子的连接件包括依次连接的第一水平段、第一连接段、第二水平段、第二连接段和第三水平段；第二偶极子的连接件包括依次连接的第四水平段、第三连接段、第五水平段、第四连接段和第六水平段；第二水平段高于第五水平段；第五水平段高于第四水平段；第一水平段、第三水平段和第六水平段，均与第四水平段等高。

具体地，如图2所示，第一偶极子的连接件和第二偶极子的连接件均可以采用“几”字形折弯形态向上拱起。

对于第一偶极子的连接件，“几”字形由依次连接的第一水平段、第一连接段、第二水平段、第二连接段和第三水平段构成。拱起部分14为第二水平段。因此，第二水平段的下表面高于第一水平段和第三水平段的上表面。

对于第二偶极子的连接件，“几”字形由依次连接的第四水平段、第三连接段、第五水平段、第四连接段和第六水平段构成。拱起部分14为第五水平段。因此，第五水平段的下表面高于第四水平段和第六水平段的上表面。

第一偶极子的连接件从上方绕过第二偶极子的连接件，因此，第二水平段的下表面高于第五水平段的上表面。

需要说明的是，第一水平段、第三水平段、第四水平段和第六水平段的下表面，位于同一水平面。

本发明实施例通过两个偶极子的连接段采用“几”字形折弯形态向上拱起，使两个偶极子互不接触，能保证低频辐射单元的辐射性能，从而能保证天线阵列的性能指标。

基于上述各实施例的内容，第一水平段、第三水平段、第四水平段和第六水平段上，均设有向下的凸台15。

具体地，凸台15可以为圆形。

凸台15的高度可以根据实际情况选择，例如可以为1mm。

凸台15可以金属材料制成。

第一水平段上的凸台15，与第三水平段上的凸台15之间的距离可以为0.12～0.17λ0。

第四水平段上的凸台15，与第六水平段上的凸台15之间的距离可以为0.12～0.17λ0。

凸台15，用于连接低频辐射单元1和反射底板3，一方面将低频辐射单元1固定在反射底板3上，另一方面可以实现低频辐射单元1与反射底板3间的导电。

本发明实施例通过设置用于连接低频辐射单元和反射底板的凸台，能实现低频辐射单元与反射底板更牢固地连接和电势导通，从而能保证低频辐射单元的辐射性能、保证天线阵列的性能指标。

基于上述各实施例的内容，多频天线阵列还包括反射底板3。每一凸台15通过金属紧固件与反射底板3连接。

具体地，各凸台15与反射底板3之间均可以通过金属紧固件连接，能保证低频辐射单元1与反射底板3的各接触点，与反射底板3电势导通。

本发明实施例通过金属紧固件将凸台与反射底板连接，保证各接触点与反射底板电势导通，能保证低频辐射单元的辐射性能，从而能保证天线阵列的性能指标。

图3为根据本发明实施例提供的多频天线阵列的结构示意图；图4为图3的局部示意图。基于上述各实施例的内容，如图4所示，与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元的上方设置有辐射导向环21；辐射导向环21的顶面，与低频辐射单元1的顶面等高。

具体地，如图3所示，低频辐射单元100、101、102、103组成低频辐射子阵列，高频辐射单元200～209组成第一直线阵高频辐射子阵列，高频辐射单元210～219组成了第二直线阵高频辐射子阵列；高频辐射单元220～229组成第三直线阵高频辐射子阵列。

第一直线阵高频辐射子阵列和第二直线阵高频辐射子阵列内，高频辐射单元的分布间隔均为l。l＝0.7～1.1λ1，λ1表示高频辐射单元的中心频率对应的波长。

第一直线阵高频辐射子阵列的轴线，与第二直线阵高频辐射子阵列的轴线之间的间距为d。d＝0.5～0.7λ1，λ1表示高频辐射单元的中心频率对应的波长。

低频辐射单元100、102位于第一直线阵高频辐射子阵列的轴线上，低频辐射单元101、103位于第二直线阵高频辐射子阵列的轴线上。

低频辐射单元100与101之间、低频辐射单元101与102之间、低频辐射单元102与103之间，沿第一直线阵高频辐射子阵列的轴线方向的距离为2.5l(假设此时，高频辐射单元的中心频率与低频辐射单元的中心频率的比值约等于2.5)。

如图4所示，低频辐射单元101的两个偶极子的顶部11呈正交排布。低频辐射单元101位于高频辐射单元213、214之间的连线的中点上，也位于高频辐射单元203、223之间的连线的中点上。四个高频辐射单元213、214、203、223均匀分布在低频辐射单元101的顶部11分割空间的四个部分，高、低频辐射单元在底面投影不重叠。

其中，辐射导向环21，安装在低频辐射单元101四周的高频辐射单元213、214、203、223上方，且与低频辐射单元101的顶部11等高的位置，起到改善高频辐射单元的辐射性能的作用。

辐射导向环21通过绝缘支撑件安装在高频辐射单元的上方。辐射导向环21的顶面，可以与低频辐射单元的半波振子臂的顶面处于同一水平面，也可以与低频辐射单元的连接结构的的顶面处于同一水平面。

需要说明的是，未与低频辐射单元相邻的任一高频辐射单元(例如高频辐射单元202、204、212、224等)，则不在其上方设置有辐射导向环。

本发明实施例通过在与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元的上方设置有辐射导向环，能改善高频辐射单元的辐射性能，能提升天线阵列的性能指标。

基于上述各实施例的内容，辐射导向环的外径为0.24～0.28λ1，辐射导向环的内径为0.12～0.18λ1。

具体地，辐射导向环为圆环形结构，具体可以为片状圆环形结构。

辐射导向环可以由金属材料制成。

圆环形结构的外径可以为0.24～0.28λ1，内径为0.12～0.18λ1，以进一步改善高频辐射单元的辐射性能。

本发明实施例通过设置辐射导向环的内外径，能进一步改善高频辐射单元的辐射性能，能进一步提升天线阵列的性能指标。

基于上述各实施例的内容，与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元与反射底板之间，通过绝缘材料填充。

具体地，对于与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元，该高频辐射单元与反射底板之间通过绝缘材料填充，即不存在电势导通。通过绝缘材料填充，反射底板可以承载并固定该低频辐射单元。

需要说明的是，对于未与低频辐射单元相邻的每一高频辐射单元，该高频辐射单元与反射底板连接，以将该高频辐射单元固定在反射底板上，且该高频辐射单元与反射底板之间通过导体连接，实现电势导通。

本发明实施例通过将与低频辐射单元相邻的高频辐射单元，与反射底板之间通过绝缘材料填充，能有效减小互耦效应和阻抗偏离，实现融合天线各频率阵列性能的提升。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。